电源装置

技术领域

本发明涉及电源装置。

背景技术

DC-DC转换器是将某DC(直流)的输入电压转换为所要求的恒定的直流的输出电压的转换电路(专利文献1)。所要求的输出电压由与DC-DC转换器的后级连接的逆变器等决定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-192383号公报

发明内容

发明所要解决的课题

通常，DC-DC转换器的输出电压被控制为恒定值。另外，输出电压必须为与后级连接的逆变器的输入允许电压(耐压)以下。当与逆变器连接的负载急剧减少时，DC-DC转换器的输出电压急剧上升。考虑到输出电压的急剧上升，DC-DC转换器的输出电压必须设定得比逆变器的耐压低。另一方面，当负载急剧增加时，DC-DC转换器的输出电压急剧降低。因此，作为输出电压的急剧上升的对策，优选输出电压的目标值较低，但作为输出电压的急剧降低的对策，优选输出电压的目标值较高。即，适当的目标电压根据负载而不同。因此，本发明的目的在于，根据负载对目标电压进行可变控制。

用于解决课题的手段

根据本发明，例如提供一种电源装置，其中，

所述电源装置具有：

DCDC转换器，其对从直流电源供给的第一直流电压进行转换而生成第二直流电压；

逆变器，其被从所述DCDC转换器供给所述第二直流电压，输出交流电流和交流电压；以及

控制器，其控制所述DCDC转换器，以使所述第二直流电压成为目标电压，

所述控制器具有计算所述DCDC转换器的消耗功率的功率计算单元，

在所述消耗功率小于第一功率的情况下，所述控制器控制所述DCDC转换器，以使从所述DCDC转换器输出的所述第二直流电压比所述目标电压大，

在所述消耗功率超过了比第一功率大的第二功率的情况下，所述控制器控制所述DCDC转换器，以使从所述DCDC转换器输出的所述第二直流电压比所述目标电压小。

发明效果

根据本发明，根据负载对目标电压进行可变控制。

本发明的其他特征以及优点，通过以附图为参照的以下说明而得以明确。此外，在附图中，对于相同或同样的结构，标注相同的附图标记。

附图说明

附图包含于说明书中且构成其一部分，表示本发明的实施方式并与其记述一起用于说明本发明的原理。

图1是表示电源装置的框图。

图2是表示由CPU实现的功能的框图。

图3是表示由CPU实现的功能的框图。

图4是表示由CPU执行的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行详细说明。此外，以下的实施方式并非对技术方案所涉及的发明进行限定，另外，在实施方式中说明的特征的组合未必全部都是发明所必须的。也可以对实施方式中说明的多个特征中的两个以上的特征任意地进行组合。另外，对相同或者同样的构成标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

＜电源装置＞

图1表示电源装置1。电源装置1具有直流电源10、DC-DC转换器20以及逆变器30。直流电源10是电池或发动机驱动发电机等。在此，假定采用电池型的直流电源10。DC-DC转换器20将从直流电源10供给的直流的输入电压Vdc_in转换为直流的输出电压Vdc_out并向逆变器30输出。逆变器30将从DC-DC转换器20供给的输出电压Vdc_out转换为交流的输出电压Vac_out并供给至负载40。

·直流电源

在直流电源10中，电池单体11输出电池电压Vbat。电压检测电路12检测电池电压Vbat，并将检测结果输出到CPU18。电流检测电路13检测从电池单体11流向DC-DC转换器20的电池电流Ibat，并将检测结果输出到CPU18。CPU18是执行存储在存储器19中的控制程序的处理器电路。CPU18将电池电压Vbat的检测结果和电池电流Ibat的检测结果经由通信电路17发送到DC-DC转换器20。

·DC-DC转换器

在DC-DC转换器20中，电流检测电路23是检测来自直流电源10的输入电流Idc_in并将检测结果向CPU28的AD端口输出的电路。AD端口是包括将模拟信号转换为数字信号的AD转换器的端口。电流检测电路23例如包括分流电阻器(电流检测用的电阻器)。电压检测电路22a是检测来自直流电源10的输入电压Vdc_in并将检测结果输出到CPU28的电路。电压检测电路22a例如包含将输入电压Vdc_in转换为与输入电压Vdc_in成比例的检测电压的多个分压电阻器。转换电路25是将输入电压Vdc_in转换为输出电压Vdc_out的电路。转换电路25根据从CPU28输出的电压指令值Vref，将输出电压Vdc_out控制为目标电压Vtar。因此，电压指令值Vref是表示目标电压Vtar的指令值。此外，电压指令值Vref也可以通过根据目标电压Vtar来调整脉冲宽度的PWM波(脉冲状的驱动信号)来实现。这样的驱动信号被分别供给到构成开关电路的四个开关元件的每一个。

转换电路25也可以是包含开关电路(例：基于四个场效应晶体管的全桥电路)、变压器、整流电路(例：桥式二极管)以及平滑电路(例：电解电容器)等的开关转换器。

CPU28根据存储在存储器29中的控制程序来执行各种处理。例如，CPU28也可以基于输入电压Vdc_in的检测结果和输出电压Vdc_out的检测结果来求出DC-DC转换器20中的消耗功率Pin，并基于消耗功率Pi来计算目标电压Vtar的一次修正值α。进而，CPU28也可以基于电池电压Vbat的检测结果、电池电流Ibat的检测结果、从逆变器30发送的交流的输出电压Vac_out的检测结果、以及交流的输出电流Iac_out的检测结果来计算整体效率。整体效率是指直流电源10、DC-DC转换器20以及逆变器30整体的效率Ef。

Ef＝(Vac_out×Iac_out)/(Vbat×Ibat)...(1)

CPU28决定或更新目标电压Vtar，以改善效率Ef。此外，CPU28经由通信电路27b从逆变器30接收交流的输出电压Vac_out的检测结果和交流的输出电流Iac_out的检测结果。电压检测电路22b检测输出电压Vdc_out，并将检测结果反馈给转换电路25。由此，输出电压Vdc_out被控制为接近与电压指令值Vref对应的目标电压Vtar。

CPU28、存储器29以及通信电路27a、27b形成控制器。此外，对CPU28、存储器29以及通信电路27a、27b供给动作电压的辅助电源省略图示。这样的辅助电源对输入电压Vdc_in进行转换，生成动作电压。辅助电源例如也可以由高压调节器、三端子调节器以及绝缘电源等构成。

·逆变器30

在逆变器30中，转换电路35是将来自DC-DC转换器20的输出电压Vdc_out转换为交流的输出电压Vac_out的电路。转换电路35包括由多个开关元件形成的桥电路等。电压检测电路32检测输出电压Vac_out，并将检测结果输出至CPU38。电流检测电路33检测输出电流Iac_out，并将检测结果输出到CPU38。CPU38根据存储在存储器39中的控制程序来控制逆变器30。CPU38将交流的输出电压Vac_out的检测结果和交流的输出电流Iac_out的检测结果经由通信电路37向DC-DC转换器20发送。

[CPU的功能]

图2表示与电压指令值Vref的决定相关的功能。CPU28通过执行控制程序来实现以下说明的功能。在此，以下说明的功能的一部分或者全部也可以通过ASIC(特定用途集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)等硬件电路来安装。另外，CPU28也可以由一个或多个处理器电路构成。这样，各功能既可以通过逻辑电路来实现，也可以通过程序模块来实现。

功率计算部201基于输入电压Vdc_in和输入电流Idc_in来计算DC-DC转换器20的消耗功率Pin。例如，功率计算部201通过将输入电压Vdc_in与输入电流Idc_in相乘来计算DC-DC转换器20的消耗功率Pin(Pin＝Vdc_in×Idc_in)。修正值决定部202根据消耗功率Pin来决定目标电压Vtar的修正值X。在此，新的目标电压Vtar也可以表述为保存在存储器29中的旧的目标电压Vtar’与修正值X之和(Vtar＝Vtar’+X)。

例如，在电源装置1的额定功率为1500W且消耗功率Pin小于第一功率P1(例：P1＝500W)的情况下，预想负载40会从此开始增加。这是因为，一般情况下，用户有时使用接近额定功率的消耗功率的负载40。因此，在消耗功率Pin小于第一功率P1的情况下，修正值决定部202将修正值X(X＝+α)决定为使输出电压Vdc_out比当前的目标电压Vtar高+α。通过事先提高输出电压Vdc_out，电源装置1能够良好地追随负载40的急剧增加。例如，在目标电压Vtar为180V、α为20V的情况下，输出电压Vdc_out增加到200V。

另一方面，在消耗功率Pin超过了第二功率P2(例：P2＝1000W)的情况下，预想负载40会从此开始急剧减少。若负载40急剧降低，则DC-DC转换器20的输出电流Idc_out急剧降低，输出电压Vac_out急剧增加。若输出电压Vac_out急剧增加，则存在输出电压Vac_out超过逆变器30的耐压的可能性。因此，在消耗功率Pin超过了第一功率P2的情况下，修正值决定部202将修正值X(X＝-β)决定为使输出电压Vdc_out比当前的目标电压Vtar低-β。通过事先降低输出电压Vdc_out，电源装置1能够良好地追随负载40的急剧减少。例如，在目标电压Vtar为180V、β为15V的情况下，输出电压Vdc_out降低到165V。这样，通过使输出电压Vdc_out降低，相对于逆变器30的耐压确保余量。

指令值决定部203从存储器29读出目标电压Vtar，将从修正值决定部202获取的修正值X相加而求出和，决定与和对应的电压指令值Vref，将电压指令值Vref设定于转换电路25。

图3表示改善电源装置1整体的效率的功能。如已经说明的那样，CPU28通过执行控制程序来实现以下说明的功能。在根据消耗功率Pin修正或调整了输出电压Vdc_out之后，CPU28从直流电源10获取电池电压Vbat的检测结果和电池电流Ibat的检测结果，并且从逆变器30获取输出电压Vac_out的检测结果和输出电流Iac_out的检测结果，并输入到效率计算部211。效率计算部211基于(1)式计算效率Ef。在此，将当前的效率Ef记载为Ef_new。通过上次的计算而求出并保持在存储器29中的上次的效率Ef记载为Ef_old。效率判定部212判定当前的效率Ef_new是否为上次的效率Ef_old以上，并将判定结果输出至目标电压决定部213。

目标电压决定部213根据判定结果来决定新的目标电压Vtar。例如，在当前的效率Ef_new为上次的效率Ef_old以上的情况下，目标电压决定部213使目标电压Vtar增加。例如，目标电压决定部213将目标电压Vtar与预定值Y相加，并将相加结果存储在存储器29中。另一方面，在当前的效率Ef_new小于上次的效率Ef_old的情况下，目标电压决定部213使目标电压Vtar减小。例如，目标电压决定部213从目标电压Vtar减去预定值Y，并将减去结果存储在存储器29中。然后，效率更新部214通过以当前的效率Ef_new覆写上次的效率Ef_old，来更新存储在存储器29中的上次的效率Ef_old。

＜流程图＞

图4表示CPU28按照控制程序执行的一系列的处理。

在步骤S401中，CPU28将初始值Vtar_ini设定为目标电压Vtar。初始值Vtar_ini是在电源装置1的设计中确定的值，存储在存储器29的ROM区域中。目标电压Vtar作为变量存储在存储器29的RAM区域中。

在步骤S402中，CPU28对上次效率Ef_old设定初始值Ef_ini。初始值Ef_ini是在电源装置1的设计中确定的值，存储在存储器29的ROM区域中。上次效率Ef_old作为变量存储在存储器29的RAM区域中。

在步骤S403中，CPU28根据从存储器29读出的目标电压Vtar来决定电压指令值Vref并输出到转换电路25。由此，转换电路25开始电压转换处理。转换电路25控制输出电压Vdc_out，以使输出电压Vdc_out接近与电压指令值Vref对应的目标电压Vtar。

在步骤S404中，CPU28根据输出电压Vdc_out的检测结果，判定输出电压Vdc_out是否达到目标电压Vtar。此外，输出电压Vdc_out的检测结果是通过分压电路对输出电压Vdc_out进行分压后的电压(检测电压)。当输出电压Vdc_out达到目标电压Vtar时，CPU28进入步骤S405。

在步骤S405中，CPU28对DC-DC转换器20的消耗功率Pin进行计算。如上所述，CPU28也可以通过将输入电压Vdc_in与输入电流Idc_in相乘来计算DC-DC转换器20的消耗功率Pin。

在步骤S406中，CPU28判定消耗功率Pin是否小于预定值P1。即，判定是否是预想输出电压Vdc_out急剧增加的消耗功率Pin。在消耗功率Pin小于预定值P1的情况下，CPU28进入步骤S407。在步骤S407中，CPU28通过对修正值X设定+α，使输出电压Vdc_out增加到目标电压Vtar+α。另一方面，在消耗功率Pin不小于预定值P1的情况下，CPU28进入步骤S420。在步骤S420中，CPU28判定消耗功率Pin是否超过预定值P2(P1＜P2)。即，判定是否是预想输出电压Vdc_out急剧减小的消耗功率Pin。在消耗功率Pin超过了预定值P2的情况下，CPU28进入步骤421。在步骤S421中，CPU28通过对修正值X设定-β，使输出电压Vdc_out减小至目标电压Vtar-β。另一方面，在消耗功率Pin未超过预定值P2的情况下(P1≤Pin≤P2)，CPU28通过对修正值X设定零，将输出电压Vdc_out维持在目标电压Vtar。

在步骤S408中，CPU28计算整体效率Ef。在此，基于电池电压Vbat的检测结果、电池电流Ibat的检测结果、从逆变器30发送的交流的输出电压Vac_out的检测结果以及交流的输出电流Iac_out的检测结果来计算当前的效率Ef_new。此外，(1)式只不过是一例，也可以对构成(1)式的四个变量中的任意一个加上或乘以某些系数。

在步骤S409中，CPU28判定当前的效率Ef_new是否为上次的效率Ef_old以上。上次的效率Ef_old存储在存储器29中。在当前的效率Ef_new为上次的效率Ef_old以上的情况下，CPU28进入步骤S410。在步骤S410中，CPU28通过将当前的效率Ef_new覆写为上次的效率Ef_old，来更新上次的效率Ef_old。在步骤S411中，CPU28使目标电压Vtar增加。例如，CPU28也可以在目标电压Vtar上加上预定值Y。之后，CPU28返回步骤S404。

另一方面，在当前的效率Ef_new不是上次的效率Ef_old以上的情况下，CPU28进入步骤S430。在步骤S430中，CPU28通过将当前的效率Ef_new覆写为上次的效率Ef_old，来更新上次的效率Ef_old。在步骤S431中，CPU28使目标电压Vtar减小。例如，CPU28也可以从目标电压Vtar减去预定值Y。之后，CPU28返回步骤S404。

＜总结＞

[观点1]

DCDC转换器20是DCDC转换器的一例，该DCDC转换器对从直流电源供给的第一直流电压进行转换而生成第二直流电压器。逆变器30是从DCDC转换器被供给第二直流电压并输出交流电流和交流电压的逆变器的一例。CPU28是控制DCDC转换器以使第二直流电压成为目标电压的控制器的一例。CPU28也可以具有对DCDC转换器的消耗功率进行计算的功率计算单元。CPU28也可以在消耗功率小于第一功率的情况下，控制DCDC转换器，以使从DCDC转换器输出的第二直流电压比目标电压大。CPU28也可以在消耗功率(例：Pin)超过了比第一功率(例：P1)大的第二功率(例：P2)的情况下，控制DCDC转换器，以使从DCDC转换器输出的第二直流电压比目标电压小。消耗功率根据负载而变化。因此，在本实施例中，根据负载对目标电压进行可变控制。通过这样根据消耗功率来控制输出电压，能够改善输出电压的响应性能。例如，抑制直流的输出电压的瞬时下降和瞬时上升。其结果是，也抑制逆变器的输出电压的瞬时变动。

[观点2]

CPU28也可以在消耗功率小于第一功率的情况下，控制DCDC转换器，以使从DCDC转换器输出的第二直流电压成为目标电压(例：Vtar)与预定值(例：α)之和。CPU28也可以在消耗功率超过了第二功率的情况下，控制DCDC转换器，以使从DCDC转换器输出的第二直流电压成为目标电压与预定值(例：β)之差。例如，如果消耗功率小于500W，则目标电压被设定为200V。若消耗功率为500W以上且1000W以下，则目标电压被设定为180V。如果消耗功率超过1000W，则目标电压被设定为165V。这些数值只不过是一个例子。另外，一般而言，若负载急剧减少，则来自DCDC转换器的输出电压急剧上升，因此逆变器需要高耐压的电容器。在本实施例中，在输出电压可能急剧上升的状态下，事先将目标电压控制得较低。因此，能够降低逆变器的输入耐压。

[观点3]

电压检测电路22a作为检测从直流电源向DCDC转换器输入的第一直流电压(例：Vdc_in)的电压检测电路发挥功能。电流检测电路23作为检测从直流电源向DCDC转换器输入的输入直流电流(例如：Vdc_in)的电流检测电路发挥功能。功率计算单元(例：CPU28)也可以基于由电压检测电路检测到的第一直流电压的值和由电流检测电路检测到的输入直流电流的值来计算DCDC转换器的消耗功率(例：Pin)。

[观点4、观点9]

CPU28也可以具有对直流电源、DCDC转换器以及逆变器的整体的效率(例：Ef)进行计算的效率计算单元(例：效率计算部211)。CPU28也可以具有根据效率来设定目标电压的设定单元(例：效率判定部212、目标电压决定部213)。由此，调整目标电压以改善效率。通常，目标电压被设定为固定值，但在本实施例中，可变地控制目标电压以提高效率。由此，包括DC-DC转换器和逆变器的电源装置的整体效率得到改善。这样，当效率得到改善时，直流电源所包含的电池的可供电时间变长。或者，搭载于直流电源的发动机驱动发电机的可运转时间变长。若效率改善，则电源装置1的散热量减少，因此能够省略冷却风扇，或者使冷却风扇的冷却性能降低。由此，也可以实现静音化。

[观点5]

CPU28也可以从逆变器获取逆变器所输出的交流电流的值和交流电压的值。进一步地，CPU28也可以从直流电源获取直流电源的输出电压的值和输出电流的值。效率计算部211也可以构成为基于交流电流的值、交流电压的值、输出电压的值以及输出电流的值来计算效率。

[观点6]

(1)如式所示，效率计算部211也可以将交流电流的值与交流电压的值相乘而获取第一积，将输出电压的值与输出电流的值相乘而获取第二积，将第一积除以第二积而获取效率。

[观点7]

存储器29作为存储由效率计算单元求出的第一效率(例：Ef_old)的存储单元发挥功能。CPU28也可以在求出第一效率之后由效率计算单元求出的第二效率(例：Ef_new)为第一效率以上的情况下，使目标电压增加。CPU28也可以在第二效率不是第一效率以上的情况下，使目标电压减小。由此，能够维持效率高的动作状态。

[观点8]

CPU28也可以基于在执行了基于DCDC转换器的消耗功率而进行的第二直流电压的控制之后获取到的交流电流的值、交流电压的值、输出电压的值、以及输出电流的值，来计算效率。

本发明不限于上述的实施方式，可以在本发明的主旨的范围内进行各种变形、变更。